Bagaço de Malte

O bagaço de malte é um subproduto da indústria cervejeira, gerado em larga escala nos processos de fermentação da bebida. A composição deste subproduto é variável, uma vez que depende do tipo do malte utilizado, da colheita da cevada e dos aditivos adicionados para a fabricação da cerveja (MELLO et al, 2013).

Embora a composição química possa variar, o bagaço de malte é um material lignocelulósico que, apresenta aproximadamente 17% de celulose, 28% de hemicelulose e 28% de lignina (MUSSATO et al, 2006). Os percentuais restantes da composição são atribuídos a proteínas, lipídeos, cinzas, minerais, vitaminas e aminoácidos (DRAGONE, 2007).

A celulose é um polímero linear formado a partir de unidades de celobiose, ou seja, unidades de um dissacarídeos D-Glicose que são mantidas juntas em uma gigante molécula de cadeia linear por meio de ligações β-(1,4)-glicosídicas. As unidades de celobiose formam cadeias longas de celulose que são unidas entre si a partir de ligações intra e intermoleculares como pontes de hidrogênio e forças de Van der Waals (DEMIRBAS, 2008; CHUNDAWAT et al, 2011).

Na formação da celobiose ocorre a formação da ligação tipo β-(1,4) entre as unidades de β-D-Glicose. O mecanismo consiste na reação de condensação entre a hidroxila glicosídica do carbono 1 de uma unidade com a hidroxila glicosídica do carbono 4 de outra unidade de β-D-Glicose, dando origem a um dímero (celobiose) que é o monômero presente na formação da cadeia linear de celulose. A Figura 6 apresenta a formação do monômero celobiose e a estrutura da cadeia linear de celulose oriunda da repetição deste monômero.

Figura 6 - (a) Formação do monômero celobiose a partir da ligação β-(1,4)-glicosídicas entre unidades de β-D-Glicose e (b) estrutura linear da celulose formada pela ligação entre unidades

de celobiose.

(a)

(b)

Fonte: Scheufele (2014).

Por outro lado, o rompimento das ligações β-(1,4)-glicosídicas reduz a cadeia de celulose a açúcares (glicose) por meio da reação de hidrólise. Em água pura, esse processo ocorre espontaneamente, porém, de forma extremamente lenta. No entanto, a hidrólise pode ser catalisada por ácidos diluídos ou concentrados. A Figura 7 apresenta o mecanismo de hidrólise da celulose, proposto por ÓGEDA; PETRI (2010).

Figura 7 - Mecanismo de hidrólise da celulose catalisada por ácido.

Fonte: Ógeda e petri (2010)

De acordo com Ógeda e Petri (2010), a hidrólise dos terminais da cadeia de celulose se inicia com (a) a protonação do oxigênio glicosídico que causa a quebra da ligação C1-O; (b) em seguida, o carbocátion gerado é estabilizado pela deslocalização

do par de elétrons presente sobre o oxigênio do anel glicosídico (adjacente a C1); (c)

na próxima etapa ocorre o ataque nucleofílico da água sobre C1; (d) seguida da

regeneração do ácido; e por fim (e) a produção da glicose. Para reação conduzida com ácido concentrado, condições de baixa temperatura (≅ 30°C) já são suficientes para elevados rendimentos na produção de açúcares.

As hemiceluloses por sua vez, consistem em diferentes unidades de monossacarídeos que formam cadeias poliméricas com ramificações curtas e amorfas. Estas cadeias se ligam à superfície da celulose formando um revestimento que une micelas e fibras da mesma (DEMIRBAS, 2008; SCHEUFELE, 2014). As hemiceluloses são estruturalmente parecidas com a celulose, pois, seus esqueletos são formados basicamente por ligações β-glicosídicas (β-1,4 e/ou β-1,3) (ÓGEDA; PETRI, 2010). Além disso, são formadas por uma ampla variedade de cadeias principais de açúcares tais como: pentose, hexose e ácidos urônicos. A Figura 8

apresenta os monossacarídeos pertencentes a cada um destes grupos, respectivamente.

Figura 8 - Exemplo de monossacarídeos constituintes das hemiceluloses: (a) D-xilose, (b) D- galactose e (c) 4-O-metil-D-glucurônico.

(a) (b) (c)

Fonte: Adaptado de Martins (2005).

Por fim, a lignina constitui a fração da biomassa com moléculas de não- açúcares. Presente na parede celular, é uma macromolécula que se liga tanto a celulose quanto nas hemiceluloses, proporcionando resistência estrutural, vedação do sistema de condução de água entre as raízes e as folhas das plantas, além de resistência à degradação por ataques microbiológicos e oxidativos (DERMIBAS, 2008).

A lignina é um polímero de compostos aromáticos, de estrutura tridimensional complexa que compreende uma variedade de grupos funcionais como: hidroxila, carbonila e metoxil. Estes grupos conferem elevada polaridade à macromolécula de lignina (DEMIRBAS, 2008). Uma provável estrutura química da lignina é apresentada na Figura 9.

Figura 9 - Provável estrutura da lignina.

Fonte: Dragones (2007)

Quanto a geração de bagaço de malte, estima-se que a cada 100 kg de malte utilizados na produção de cerveja são gerados 110 a 120 kg do subproduto (BROCHIER; CARVALHO, 2009). Esta biomassa corresponde a 85% dos resíduos gerados no processo produtivo cervejeiro e é comumente destinado à ração animal, uma vez que possui elevada concentração de nutrientes e baixo custo. No entanto, o elevado teor de umidade (aproximadamente 77%) dificulta o processo de armazenagem e transporte. Assim como, a quantidade excedente deste subproduto gera a necessidade de novas alternativas de aplicação para a biomassa (KLAGENBOECH, 2012). A Figura 10 ilustra o bagaço de malte após o processo de produção da cerveja.

Figura 10 - Bagaço de malte filtrado/ lavado após a produção da cerveja.

Fonte: Rosa, 2007.

As opções sugeridas para o descarte alternativo do bagaço de malte têm abrangido estudos como: secagem do material para o aumento da vida útil, redução de volume na armazenagem e encaminhamento para o trato animal; avaliação do subproduto para fins energéticos, como biomassa para caldeiras; e aplicações na culinária (PEREIRA et al, 1999; MATTOS, 2010; CORDEIRO, 2011).

Além destas alternativas, a utilização do bagaço de malte como biossorvente na remoção de corantes presentes em efluentes têxteis também é uma possibilidade atrativa e tem sido avaliada por diversos pesquisadores. Nos trabalhos publicados por Silva et al (2017b), Fontana et al, (2016a), Rafael (2016), Zanutto et al, (2015) e Zanette et al, (2015) a biomassa foi utilizada na remoção dos corantes azul de metileno, laranja direto, preto reativo, amarelo reativo e azul reativo, respectivamente. Os resultados positivos destas pesquisas evidenciam o potencial do bagaço de malte como biossorvente no tratamento de efluentes têxteis.

Contudo, a maioria dos estudos utilizando o bagaço de malte restringem a sua aplicação somente em sistemas em batelada. Ainda são poucos os trabalhos que utilizam a biomassa no tratamento por sistemas contínuos, em equipamentos denominados colunas de leito fixo. Por este motivo, a proposta do presente projeto foi a utilização do bagaço de malte também em sistema contínuo para a biossorção do corante ARB8G.